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专利号: 202311087160X
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于多火源点评估决策的消防系统的消防灭火方法,其中,所述消防系统包括消防炮(1)、可见光红外融合视觉系统(2)、连接支架(3)、旋转云台(4)、履带底盘(5)和评估决策系统,所述可见光红外融合视觉系统(2)包括可见光相机一(6)、红外相机(7)和可见光相机二(8),所述可见光相机一(6)和所述可见光相机二(8)组成双目视觉系统,其特征在于,所述消防系统的消防灭火方法包括以下步骤:S1、可见光红外融合视觉系统(2)通过旋转云台(4)进行水平与俯仰旋转对火场目标进行识别和感知,当感知到火源后,旋转云台(4)停止运动,可见光红外融合视觉系统(2)对火源进行视觉信息采集并传输至评估决策系统;

S2、评估决策系统通过建立多目标多层次火场评价模型,基于来自可见光红外融合视觉系统(2)采集的火源视觉信息,得到火源点视觉信息评估指标的权重,并结合各个评估指标的权重,得到该处火源点处的评价分数,然后进行下一处火源点的评价分数的计算,其中,通过双目视觉系统获取的一处火源点的火源点视觉信息评估指标包括火焰面积、火势扩大速度、火势移动速度、火源点深度信息可信度、危险物体安全保护距离,通过红外相机(7)获取的该处火源点的火源点视觉信息评估指标包括火源点温度信息;

S3、在综合计算所有火源点的评价分数后,对各个火源点的评价分数进行比较并根据评价分数由高到低进行排序,来确定各个火源点扑灭的优先级;

S4、按照各个火源点扑灭的优先级由高到低,通过评估决策系统控制消防炮(1)对准优先扑灭的火源点,喷射灭火介质进行灭火。

2.根据权利要求1所述的消防灭火方法,其特征在于,在所述步骤S1中,所述可见光红外融合视觉系统(2)中的所述可见光相机一(6)和所述红外相机(7)同时抓取火场图像进行目标识别和温度判断,存在两种感知火源的判断:第一种为:可见光相机一(6)识别到火源,将对应的火源像素转换至红外图像中,从红外图像中提取对应像素温度值,若温度值超过设定阈值,则感知到火源;

第二种为:红外相机(7)监测视野内是否存在温度异常像素值,将温度异常像素值转换至可见光图像中,判断对应像素值是否识别到火场目标,若识别到火场目标,则感知到火源。

3.根据权利要求2所述的消防灭火方法,其特征在于,所述可见光相机一(6)采集的可见光图像与所述红外相机(7)采集的红外图像进行信息融合,可见光图像通过火焰分割算法进行火焰感知,获得火焰分割结果的像素信息,红外像素温度异常判断公式为:, 为红外当前像素点温度, 为火焰判断温度阈值,可见光像素火场判断公式为: , 为可见光当前像素坐标, 为火焰分割像素集合。

4.根据权利要求1所述的消防灭火方法,其特征在于,所述双目视觉系统能够获取火场目标的三维空间信息,在所述步骤S2中,所述双目视觉系统获取一处火源点的火焰图像,并对火焰图像分别通过火焰分割算法得到该火源点的火焰像素面积,利用危险物体识别模型得到该处火源点中的危险物体三维坐标,通过立体匹配算法获取该处火源点的深度信息,然后通过计算后分别获取火焰面积、火势扩大速度、火势移动速度、火源点深度信息可信度和危险物体安全保护距离,所述红外相机(7)获取该处火源点的红外图像像素并与可见光图像像素信息融合并通过读取得到火源点温度信息。

5.根据权利要求4所述的消防灭火方法,其特征在于,在所述步骤S2中,对火焰图像进行的火焰分割算法的流程为:对火焰图像进行去噪处理,将去噪后的火焰图像作为输入,建立火焰分割模型,经过火焰分割模型对火焰图像中的火焰像素点进行分类,并存放在火焰像素集合 中,使用八连通区域进行检测,把最大连通域面积的10%作为连通域检测阈值,把面积小于该阈值的连通区域进行清除,公式如下:   公式(1)

式(1)中, 表示第i个连通域的面积, 表示最大的连通域面积,当时,连通域被保留,当 时,连通域被清除;

经过连通域去除,将余下的n个连通域区间存放在连通域集合

中,并将连通域内的孔洞点全部进行填充,每个连通域表示一个

独立的火源点,即 为第i个火源点的连通域。

6.根据权利要求5所述的消防灭火方法,其特征在于,所述火焰面积表示双目视觉系统视野下的火焰实际面积大小,根据火焰分割像素面积与火焰深度进行计算,火焰分割算法已获得火焰连通域集合 ,每个火焰连通域表示一个独立的火源点,通过生成的视差图求取各个火焰连通域的深度信息,将每个火焰连通域 的深度距离用一个固定值 进行表示,在计算各个火焰连通域 的深度距离 时,应对各个连通域内像素点的深度信息进行筛选与剔除,步骤如下:a、在视差图中找到火焰连通域 中所有像素点的深度信息,存放在深度坐标集合;

b、将 中的深度信息错误的数据删除,即剔除掉视差图中错误的空洞点坐标;

c、将 中余下的数据从小到大进行排序,并留下位于中间50%的深度坐标数据,即剔除掉视差图中误匹配点的深度坐标,组成新的深度坐标集合 ;

设深度坐标集合 中的坐标个数为 ,火焰连通域 的深度距离 表示为:   公式(2)

将 存放在连通域深度集合 中,对于图像中识别到的第i个火焰连通域,火焰面积计算公式为:

   公式(3)

式(3)中, 为第i个火源点的真实面积, 为对应的像素面积, 、 为相机内参。

7.根据权利要求6所述的消防灭火方法,其特征在于,所述火势扩大速度表示各个火源点在预设时间内蔓延的速度,反映火势的增长快慢,其计算公式为:   公式(4)

式(4)中, 为第i个火源点的火势扩大速度, 为蔓延速度计算时间, 为第j时刻的火源点像素面积;

所述火势移动速度表示各个火源点在预设时间内的移动速度,反映火势的移动快慢,其计算公式为:    公式

(5)

式(5)中, 为第i个火源点的火势移动速度,n为移动速度计算时间, 为第j时刻的火源点质心坐标;

所述火源点深度信息可信度表示通过立体匹配算法获取的火场空间坐标的可信程度,从立体匹配获取的深度图中依次寻找各个火焰连通域 的空间坐标点,求取空间信息错误的像素点数占比,即深度信息可信度,其计算公式如下:   公式(6)

式(6)中, 为第i个火源点的深度信息可信度, 为空间信息错误的像素点;

所述危险物体安全保护距离表示火场中特定危险物体与火焰边缘之间的距离,通过危险物体识别模型感知到目标,将危险物体与火焰连通域内像素点转换三维坐标,计算均值作为检测目标三维表面中心 和 ,以两点间的欧式距离作为危险物体安全保护距离 ;

所述红外相机(7)获取该处火源点的红外图像像素并与可见光图像像素信息融合后,根据红外图像中的感知到的火焰像素点读取对应火源点温度信息 。

8.根据权利要求7所述的消防灭火方法,其特征在于,各个火源点的评价分数公式为:   公式(7)

式(7)中, 为第i处火源点评估分数, 、 、 、 、 、 分别为火焰面积、火势扩大速度、火势移动速度、火源点深度信息可信度、危险物体安全保护距离、火源点温度信息所对应的权重分量。

9.根据权利要求8所述的消防灭火方法,其特征在于,所述评估决策系统与消防炮(1)、可见光红外融合视觉系统(2)、旋转云台(4)、履带底盘(5)进行信号传输,实时获取可见光与红外的图像和温度信息进行分析处理,分析火场的实时动态信息,并对消防炮(1)、旋转云台(4)、履带底盘(5)进行控制;

在所述步骤S4中,通过双目视觉系统确定好优先扑灭的火源点坐标 后,通过评估决策系统求取消防炮(1)转动的水平与俯仰角度,控制消防炮(1)对准危险性最大的火源点,喷射灭火介质进行灭火,红外相机(7)进行实时温度检测,判断火源点是否被扑灭,并且评估决策系统实时判断所有火源点是否全部被扑灭,若还存在火源点,则对各火源点优先级重新进行排序,确定下一个需要优先扑灭的火源点,控制消防炮(1)进行灭火作业,并重复循环,直至所有火源点均被扑灭。